JP5832588B2

JP5832588B2 - 取鍋加熱装置

Info

Publication number: JP5832588B2
Application number: JP2014096650A
Authority: JP
Inventors: 岡田　民雄; 民雄岡田; 龍雲朴; 正晴伊藤
Original assignee: Nippon Crucible Co Ltd
Current assignee: Nippon Crucible Co Ltd
Priority date: 2014-05-08
Filing date: 2014-05-08
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2034-05-08
Also published as: WO2015170549A1; CN106232265A; JP2015213921A

Description

本発明は、溶融金属（溶湯）を搬送もしくは供給するのに用いられる取鍋を予熱・保温するための取鍋加熱装置に関する。

鋳造工場において、取鍋は、一般に溶解炉又は前炉から溶融金属（溶湯）を受湯して鋳造現場まで搬送して鋳型などに直接流し込む（注湯する）か、他の注湯用の取鍋や溶湯保持炉に移し入れるのに使用されている。この溶湯を搬送する間に、例えば溶湯の温度が１００℃低下すると、鋳造現場で必要な鋳造温度より１００℃高い温度での溶解が必要となり、キュポラや誘導炉などの溶解炉では、より過酷な操業を強いられることになる。

よって、この種の取鍋では、溶解炉から溶湯を移し入れた際に、取鍋に内張りされている耐火物に熱が奪われて溶湯温度が急激に低下しないように、取鍋の予熱・保温が行われる。取鍋の予熱・保温は、内張りされている耐火物をガスバーナーを用いて加熱する方法が一般的であるが、ガスバーナーによる加熱では、高温の燃焼ガスが取鍋の内部に溜まる時間が短く、高温の燃焼ガスのまま外部に逃げていくため、加熱効率が悪いうえ、高温、大気汚染、騒音など、作業環境も劣悪な環境となる。そこで、特許文献１では、取鍋内部を蓋により密閉するとともに、双極の電極を蓋を貫通するように取鍋内部に挿入し、アーク放電にて取鍋内部を加熱する技術を提案している。

特開２０１２−５５９０８号公報

しかし、アーク放電を用いて取鍋内を加熱する場合には、アークの安定性や電極表面の酸化を防止するために不活性ガスを取鍋内に供給するのが望ましく、よって、大気下で予熱を行うことが困難である。そのため、大気下において熱効率よくかつ作業環境の著しい悪化を伴わない取鍋の加熱装置が望まれている。

本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、熱効率が良好でかつ作業環境の著しい悪化を防止できる取鍋加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、上部に溶融金属の注入口を有する取鍋の前記注入口を塞ぐ蓋部と、前記蓋部に取り付けられ、取鍋の内部を加熱する電気抵抗加熱式ヒータと、前記蓋部に前記電気抵抗加熱式ヒータを取り囲むように取り付けられた保護カバーと、を備え、前記保護カバーは、前記電気抵抗加熱式ヒータを取り囲むように配置された、垂直方向に延びる複数本の縦枠材と、前記複数の縦枠材に水平に架け渡される複数段の横枠材と、で構成されている取鍋加熱装置によって達成される。

本発明の好ましい実施態様においては、前記複数の縦枠材の下端部に、前記横枠材が架け渡されていることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記蓋部を下方から支持して前記電気抵抗加熱式ヒータを吊り下げ状態で保持する支持スタンドをさらに備えることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記蓋部の取鍋と接する側の面には、断熱材が設けられていることを特徴としている。

本発明の取鍋加熱装置によると、蓋部で取鍋の開口を塞ぎながら、蓋部に取り付けられた電気抵抗加熱式ヒータにより取鍋内部を加熱するので、熱が外部に逃げることを抑制できる。よって、効率よく取鍋内部を加熱できるとともに、電気抵抗加熱式ヒータへの通電で加熱しているので、バーナーによる加熱の際に懸念された作業環境の著しい悪化も防止できる。また、大気下で加熱することができるので、アーク放電による加熱のように取鍋内部を不活性ガス雰囲気とする必要もない。また、電気抵抗加熱式ヒータが保護カバーに取り囲まれていることにより、取鍋加熱装置の搬送時や取鍋への取付時に、電気抵抗加熱式ヒータが何かにぶつかって破損することを防止できる。

本発明の一実施形態に係る取鍋加熱装置の斜視図である。取鍋の概略断面図である。図１の取鍋加熱装置の平面図である。図３のＡ−Ａ線に沿う概略断面図である。図３のＢ−Ｂ線に沿う概略断面図である。取鍋加熱装置を取鍋に取り付けた際の概略断面図である。支持スタンドの斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係る取鍋加熱装置について添付図面を参照して説明する。取鍋加熱装置１は、溶解炉や溶湯保持炉（図示せず）から鋳造現場に溶融金属（溶湯）を搬送する取鍋１０を加熱するためのものである。つまり、溶湯の製造現場である溶解炉から溶湯を取鍋１０に移し入れた際に、取鍋１０内で高温の溶湯の温度が急激に低下しないように、取鍋１０の予熱・保温を行うためのものであり、取鍋加熱装置１は、図１に示すように、蓋部２と、少なくとも１つの電気抵抗加熱式ヒータ３と、保護カバー４とを備えている。

まず、取鍋１０は、図２に示すように、溶湯を収容可能な内部空間を有し、上部に開口１１を有する有底筒状の容器である。取鍋１０は、鋼鉄などの金属製のケーシング１０Ａに、断熱煉瓦、セラミックファイバー、断熱ボード及びモルタルなどの断熱材１０Ｃと、キャスタブル耐火物やプラスチック耐火物などの耐火材からなる耐火断熱材１０Ｂとを内張して形成されている。取鍋１０には、内部空間に収容されている溶湯を外部に注ぎ出すことが可能な注出部１２が設けられている。取鍋１０を傾けることにより、注出部１２の先端部の開口（注出口）から取鍋１０内の溶湯を外部に流出させることができる。取鍋１０の上部開口１１は、必要に応じて蓋（図示せず）により塞がれる。

蓋部２は、図１及び図３〜図６に示すように、取鍋１０の上部開口１１を覆うことが可能な大きさに形成されており、取鍋１０の上部開口１１を塞いで内部空間をできる限り密閉し、取鍋１０の加熱時に、熱を取鍋１０の外部に逃がさないようにするためのものである。なお、取鍋１０の内部空間は完全に密閉される必要はない。この蓋部２は、鋼鉄などの金属により形成された外皮２０に断熱材２１を内張して形成されている。断熱材２１は、蓋部２の取鍋１０と接する側の面に配置される。断熱材２１としては、例えば、セラミックファイバー、断熱キャスタブルなどを用いることができる。蓋部２を外皮２０及び断熱材２１の２層構造とすることで、取鍋１０の加熱時に、熱を有効に取鍋１０の内部空間に閉じ込めて取鍋１０を効率よく加熱することができる。また、蓋部２には、電気抵抗加熱式ヒータ３の一部や保護カバー４の一部が貫通する各種の貫通孔２３が適宜形成されている。また、蓋部２の上面には、フォークリフトのフォーク部を差し込むためのフォークポケットを有する一対の差込部２２が設けられている。

電気抵抗加熱式ヒータ３は、図１及び図６に示すように、通電するとジュール熱により発熱する導電性材料からなる発熱体により形成された加熱手段であり、蓋部２に取り付けられている。本実施形態では、３つの電気抵抗加熱式ヒータ３が蓋部２に取り付けられており、円周方向に沿って等しい間隔をあけて配置されている。電気抵抗加熱式ヒータ３は、本実施形態では一対の端部３０ａ，３０ｂを有するＵ字状に形成されており、両端部３０ａ，３０ｂが蓋部２を貫通して蓋部２上に露出し、取付ベース３２を介して蓋部２に固定されている。電気抵抗加熱式ヒータ３の両端部３０ａ，３０ｂには、金属製の端子（図示省略）が設けられ、端子には耐熱性のリード線３１が接続されている。リード線３１は、隣接する電気抵抗加熱式ヒータ３の一方の端部３０ａと他方の端部３０ｂ同士を接続している。また、リード線３１は、それぞれ電源装置（図示せず）に接続されており、各電気抵抗加熱式ヒータ３に通電できる構成になっている。

電気抵抗加熱式ヒータ３を形成する発熱体は、鉄、銅、ステンレスなどの金属材料の他、炭化珪素、二珪化モリブデンなどのセラミック材料により形成することができる。発熱体をセラミック材料により形成すれば、単位面積当たりの発熱量を高くすることができるので、ヒータとしてより高温まで昇温して使用することができる。しかし、発熱体をセラミック材料で形成すると、金属材料により形成する場合と比べてヒータが破損しやすい。よって、本実施形態では、以下に説明する保護カバー４を用いることで、ヒータの破損を防止できるので、発熱体にセラミック材料を用いてヒータを安全にかつより高温まで昇温して使用することが可能になった。

保護カバー４は、図１及び図６に示すように、電気抵抗加熱式ヒータ３を取り囲むように、蓋部２に取り付けられている。電気抵抗加熱式ヒータ３が例えばセラミック製であると破損しやすいので、保護カバー４が電気抵抗加熱式ヒータ３を取り囲んで保護していることで、取鍋加熱装置１の搬送時や取鍋１０への取付時に電気抵抗加熱式ヒータ３が何かにぶつかって破損することを防止している。保護カバー４は、本実施形態では枠状であり、電気抵抗加熱式ヒータ３を取り囲むように配置された、垂直方向に延びる複数本の縦枠材４０と、複数の縦枠材４０に水平に架け渡された複数段の横枠材４１とで構成されている。複数の縦枠材４０により囲まれる上下に延びる空間に電気抵抗加熱式ヒータ３が収容されている。縦枠材４０は、例えば鋼製の棒状又はパイプ状であり、本実施形態では、円周方向に沿って等しい間隔をあけて３つ配置されている。縦枠材４０の上端部４０ａが蓋部２を貫通して蓋部２上に露出し、取付ベース４２を介して蓋部２に固定されている。縦枠材４０の下端部４０ｂは、電気抵抗加熱式ヒータ３の下端部よりも下方まで延びている。横枠材４１も、例えば鋼製の棒状又はパイプ状であり、本実施形態では、平面視環状の横枠材４１が上下方向に３段、複数の縦枠材４０に溶接などにより固着されている。また、最下段の横枠材４１は、複数の縦枠材４０の下端部４０ｂに固着されており、最下段の横枠材４１により取鍋加熱装置１が自立可能となっている。

電気抵抗加熱式ヒータ３を取り囲む保護カバー４は、取鍋１０の内張りされた耐火断熱材１０Ｂと電気抵抗加熱式ヒータ３と間の適切な位置に配置されることが必要である。電気抵抗加熱式ヒータ３側に近すぎると、電気抵抗加熱式ヒータ３からの輻射熱により保護カバー４が高温となり強度が低下する一方、電気抵抗加熱式ヒータ３側から遠すぎると、様々な形状の取鍋１０に用いることができないからである。また、電気抵抗加熱式ヒータ３を取り囲む保護カバー４は、電気抵抗加熱式ヒータ３から取鍋１０の内面の耐火断熱材１０Ｂへの輻射熱を遮らないように、開口の多い形状にするのが好ましい。

次に、上記構成の取鍋加熱装置１を用いて取鍋１０内を加熱する方法について説明する。まず、電気抵抗加熱式ヒータ３が取り付けられた蓋部２を、ホイストやフォークリフトなどを用いて持ち上げて取鍋１０の上方に配置した後、蓋部２を下降させて電気抵抗加熱式ヒータ３を取鍋１０内にセットし、かつ、蓋部２で取鍋１０の上部開口１１を塞ぐ。このとき、蓋部２と取鍋１０との間には、耐熱性（例えば、カーボン系）のシール材やセラミックファイバーのクッション材などを使用して、両者の間を実質的に密封するのが好ましい。そして、電源装置（図示せず）より電気抵抗加熱式ヒータ３に通電して電気抵抗加熱式ヒータ３を高温にすることにより、取鍋１０が内部から加熱される。なお、取鍋１０の加熱温度は、取鍋１０の外周面に熱電対などを取り付けることで計測することができ、電気抵抗加熱式ヒータ３に通電する電圧を調節することで、取鍋１０の加熱温度を制御できる。

上記構成の取鍋加熱装置１によると、蓋部２で取鍋１０の上部開口１１を塞ぎながら、蓋部２に取り付けられた電気抵抗加熱式ヒータ３により取鍋１０を加熱するので、熱が取鍋１０の外部に逃げることを抑制できる。よって、効率よく取鍋１０を加熱できるとともに、電気抵抗加熱式ヒータ３への通電で加熱しているので、バーナーによる加熱の際に懸念された、高温、騒音、環境汚染などの作業環境の著しい悪化も防止できる。また、大気下で加熱することができるので、アーク放電による加熱のように取鍋１０の内部空間を不活性ガス雰囲気とする必要もない。

表１は、本実施形態の取鍋加熱装置１で取鍋１０を加熱した場合（実施例）と、ガスバーナーで取鍋１０を加熱した場合（比較例）とについて、取鍋１０の加熱温度が所定の温度（１５０℃、２００℃、２５０℃）に上昇するまでの時間及び使用エネルギー量を比較したものである。なお、取鍋１０は、上端部の径が７５０ｍｍ、上部開口１１の径が６１０ｍｍ、下端部の径が６５０ｍｍ、内部空間の底部の径が５１０ｍｍ、高さが９８０ｍｍであり、ケーシングの厚みが１６ｍｍ、内張りされた断熱材及び耐火材の総厚みが７０ｍｍである。また、電気抵抗加熱式ヒータ３はセラミック製で高さが１２００ｍｍ、太さが２５ｍｍであり、３つのＵ字型の電気抵抗加熱式ヒータ３を用いて取鍋１０を加熱している。電力量は３７ｋＷｈであり、エネルギー量は３１８３５．５ｋｃａｌ／ｈである。また、ガスバーナーは都市ガスを使用し、熱量が４６ＭＪ／ｍ^３であり、ガス使用量は４ｍ^３／ｈであり、エネルギー量は４３９７７．１ｋｃａｌ／ｈである。なお、取鍋１０の加熱温度は、取鍋１０の上端部からの高さが４５０ｍｍであり、取鍋１０の内面からの深さが３６ｍｍの位置における温度を測定した。

表１によると、本実施形態の取鍋加熱装置１のように、電気抵抗加熱式ヒータ３を用いた加熱の方が、ガスバーナーを用いた加熱よりも、所定の加熱温度に到達するまでの時間が短く、取鍋１０の内部温度を素早く上昇させることができることが確認される。また、エネルギー使用量を比較すると、電気抵抗加熱式ヒータ３を用いた加熱は、ガスバーナーを用いた加熱の半分以下のエネルギー使用量で済み、加熱温度が高くなるに連れて、ガスバーナーを用いた加熱に対するエネルギー使用量の比率が小さくなることが確認される。よって、本実施形態の取鍋加熱装置１は、良好な熱効率を実現することができるとともに、省エネルギーを実現することができる。

また、電気抵抗加熱式ヒータ３が保護カバー４に取り囲まれて保護されていることにより、取鍋加熱装置１の搬送時や取鍋１０への取付時に、電気抵抗加熱式ヒータ３が何かにぶつかって破損することを防止できる。

また、蓋部２の取鍋１０と接する側の面に断熱材２１が配置されていることで、取鍋１０の加熱時に、熱を有効に取鍋１０の内部空間に閉じ込めて取鍋１０を効率よく加熱することができる。

また、電気抵抗加熱式ヒータ３としてセラミックヒータを用いることで、単位面積当たりの発熱量を高くすることができる結果、取鍋１０をさらに効率よく加熱することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、電気抵抗加熱式ヒータ３はＵ字状であるが、種々の形状であっても構わない。また、上記実施形態では、蓋部２は断熱材２１を備えているが、断熱材２１を備えていなくても構わない。また、上記実施形態では、保護カバー４の最下段の横枠材４１が複数の縦枠材４０の下端部４０Ｂに固着されて取鍋加熱装置１が自立可能となっているが、最下段の横枠材４１は必ずしも複数の縦枠材４０の下端部４０Ｂに固着されている必要はなく、下端部４０Ｂよりも上方位置で固着されていてもよい。また、保護カバー４の形状も、電気抵抗加熱式ヒータ３から取鍋１０の内面の耐火材への輻射熱を遮らないように、開口を有する形状であれば、種々の形状にすることができる。また、蓋部２の上面に、電気抵抗加熱式ヒータ３などを取り囲んで外部からの接触を防止する安全柵を設けるようにしてもよい。

また、取鍋加熱装置１が、図７に示すような、蓋部２を下方から支持して電気抵抗加熱式ヒータ３を吊り下げ状態で保持する支持スタンド５をさらに備えていてもよい。この支持スタンド５は、取鍋加熱装置１を、取鍋１０の加熱を行わない非使用時（待機時）に自立させるためのものであり、自立可能な枠体５０と、枠体５０に取り付けられ蓋部２を下方から支持する支持部材５１とを備えている。枠体５０は、上下一対の平面視環状の水平フレーム５２と、上下一対の水平フレーム５２を連結する複数本の垂直フレーム５３とで構成されており、複数本の垂直フレーム５３により囲まれる上下に延びる空間に保護カバー４が収容される。垂直フレーム５３は、例えば鋼製の棒状又はパイプ状であり、本実施形態では、円周方向に沿って等しい間隔をあけて６つ配置されている。垂直フレーム５３の長さは、保護カバー４の縦枠材４０の長さよりも長くなるよう設定されている。水平フレーム５２も例えば鋼製の棒状又はパイプ状であり、その外形は蓋部２の外形よりも一回り小さく形成されている。支持部材５１は、上方の水平フレーム５２に固定されており、本実施形態では、円周方向に沿って等しい間隔をあけて３つ配置されている。支持部材５１は、縦断面視においてＬ字状に屈曲された形状のものであり、蓋部２の外周面に沿うように湾曲する形状の縦向きのガイド部５４と、ガイド部５４と垂直をなす横向きの台座部５５とを備えている。支持スタンド５の台座部５５に蓋部２を載置することで、取鍋加熱装置１を、取鍋１０の加熱を行わない非使用時（待機時）に自立させることができる。

１取鍋加熱装置
２蓋部
３電気抵抗加熱式ヒータ
４保護カバー
５支持スタンド
２１断熱材
４０縦枠材
４１横枠材

Claims

上部に開口を有する取鍋の前記開口を塞ぐ蓋部と、
前記蓋部に取り付けられ、取鍋の内部を加熱する電気抵抗加熱式ヒータと、
前記蓋部に前記電気抵抗加熱式ヒータを取り囲むように取り付けられた保護カバーと、を備え、
前記保護カバーは、
前記電気抵抗加熱式ヒータを取り囲むように配置された、垂直方向に延びる複数本の縦枠材と、
前記複数の縦枠材に水平に架け渡される複数段の横枠材と、で構成されている取鍋加熱装置。
前記複数の縦枠材の下端部に、前記横枠材が架け渡されている請求項１に記載の取鍋加熱装置。
前記蓋部を下方から支持して前記電気抵抗加熱式ヒータを吊り下げ状態で保持する支持スタンドをさらに備える請求項１又は２に記載の取鍋加熱装置。
前記蓋部の取鍋と接する側の面には、断熱材が設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の取鍋加熱装置。